Zostavte protónový precesný magnetometer, Krasnodar, Beletsky A. I.

Magnetometer určené na meranie indukcie magnetického poľa. Magnetometer využíva referenčné magnetické pole, ktoré prostredníctvom určitých fyzikálnych efektov umožňuje, previesť namerané magnetické pole na elektrický signál.
Aplikované využitie magnetometrov na detekciu masívnych objektov vyrobených z feromagnetických (najčastejšie oceľových) materiálov je založené na lokálnom skreslení magnetického poľa Zeme týmito objektmi. Výhodou použitia magnetometrov oproti tradičným detektorom kovov je to dlhší dosah detekcie.

Fluxgate (vektorové) magnetometre

Jeden typ magnetometra je . Fluxgate vynašiel Friedrich Förster ( )

V roku 1937 a slúži na určenie vektor indukcie magnetického poľa.

Dizajn Fluxgate

jednotyčový fluxgate

Najjednoduchší fluxgate pozostáva z permalloy tyče, na ktorej je umiestnená budiaca cievka (( hnacia cievka), napájaný striedavým prúdom a meracou cievkou ( cievka detektora).

Permalloy- zliatina s mäkkými magnetickými vlastnosťami, pozostávajúca zo železa a 45-82% niklu. Permalloy má vysokú magnetickú permeabilitu (maximálna relatívna magnetická permeabilita ~100 000) a nízku koercitivitu. Populárna značka permalloy na výrobu fluxgates je 80НХС - 80% nikel + chróm a kremík s indukciou saturácie 0,65-0,75 T, používaná pre jadrá malých transformátorov, tlmivky a relé pracujúce v slabých poliach magnetických obrazoviek, pre jadrá impulzných transformátorov, magnetických zosilňovačov a bezkontaktných relé, pre jadrá magnetických hláv.
Závislosť relatívnej magnetickej permeability od intenzity poľa pre niektoré odrody permalloy má tvar -

Ak sa na jadro aplikuje konštantné magnetické pole, potom sa v meracej cievke objaví napätie dokonca harmonické, ktorých veľkosť slúži ako miera sily konštantného magnetického poľa. Toto napätie je filtrované a merané.

dvojitý tyčový fluxgate

Príkladom je zariadenie opísané v knihe Karalisa V.N."Elektronické obvody v priemysle" -

Prístroj je určený na meranie konštantných magnetických polí v rozsahu 0,001 ... 0,5 oersted.
Vinutia poľa snímača L1 A L3 súčasťou počítadla. Meranie vinutia L2 navinutý cez poľné vinutia. Poľné vinutia sú napájané 2 kHz prúdom z push-pull generátora s indukčnou spätnou väzbou. Režim generátora je stabilizovaný jednosmerným prúdom odporovým deličom R8 A R9.

fluxgate s toroidným jadrom
Jednou z populárnych konštrukčných možností pre fluxgate magnetometer je fluxgate s toroidným jadrom ( kruhové jadro fluxgate) -

V porovnaní s tyčovými fluxgatemi má tento dizajn menej hluku a vyžaduje tvorbu oveľa nižšia magnetomotorická sila.

Tento snímač je budiace vinutie navinuté na toroidnom jadre, ktorým preteká striedavý prúd s amplitúdou dostatočnou na to, aby sa jadro dostalo do nasýtenia a meracie vinutie, z ktorého je odstránené striedavé napätie, ktoré sa analyzuje na meranie vonkajšieho magnetického poľa.
Meracie vinutie je navinuté cez toroidné jadro a celé ho pokrýva (napríklad na špeciálnom ráme) -

Tento dizajn je podobný pôvodnému dizajnu fluxgate (na dosiahnutie rezonancie na druhej harmonickej je pridaný kondenzátor) -

Aplikácie protónových magnetometrov
Protónové magnetometre majú široké využitie v archeologickom výskume.
Protónový magnetometer je spomenutý v románe sci-fi "Uväznený v čase" od Michaela Crichtona. Časová os") -
Ukázal dole popri nohách. Na predné vzpery vrtuľníka boli pripevnené tri ťažké žlté kryty. "Práve teraz nosíme stereo mapovače terénu, infračervený, UV a bočný skenovací radar." Kramer ukázal na zadné okno na šesť stôp dlhú striebornú trubicu, ktorá visela pod helikoptérou vzadu. "A čo je to?" "Protónový magnetometer." "Uh-huh. A čo robí?" "Hľadá magnetické anomálie v zemi pod nami, ktoré by mohli naznačovať zakopané steny, keramiku alebo kov."

Céziové magnetometre

Druhom kvantových magnetometrov sú atómové magnetometre alkalických kovov s optickým čerpaním.

céziový magnetometer G-858

Overhauserove magnetometre

Pevné magnetometre

Najdostupnejšie sú magnetometre zabudované v smartfónoch. Pre Android dobrá aplikácia pomocou magnetometra je . Stránka pre túto aplikáciu je http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

Nastavenie magnetometrov

Na testovanie fluxgate môžete použiť. Helmholtzove cievky sa používajú na vytvorenie takmer rovnomerného magnetického poľa. V ideálnom prípade predstavujú dva identické prstencové závity zapojené do série a umiestnené vo vzdialenosti polomeru závitu od seba. Helmholtzove cievky sa zvyčajne skladajú z dvoch cievok, na ktorých je navinutý určitý počet závitov a hrúbka cievky by mala byť oveľa menšia ako ich polomer. V reálnych systémoch môže byť hrúbka cievok porovnateľná s ich polomerom. Systém Helmholtzových prstencov teda môžeme považovať za dve koaxiálne umiestnené identické cievky, ktorých vzdialenosť medzi stredmi je približne rovnaká ako ich priemerný polomer. Tento cievkový systém sa tiež nazýva delený solenoid ( delený solenoid).

V strede systému je zóna rovnomerného magnetického poľa (magnetické pole v strede systému v objeme 1/3 polomeru prstencov homogénne do 1 %), ktoré možno použiť na účely merania, na kalibráciu snímačov magnetickej indukcie atď.

Magnetická indukcia v strede systému je definovaná ako $B = \mu _0\,(\left((4\over 5)\right) )^(3/2) \, (IN\over R)$,
kde $N$ je počet závitov v každej cievke, $I$ je prúd prechádzajúci cievkami, $R$ je priemerný polomer cievky.

Helmholtzove cievky sa dajú použiť aj na tienenie magnetického poľa Zeme. K tomu je najlepšie použiť tri na seba kolmé páry krúžkov, na ich orientácii potom nezáleží.

Pre opravy a iné technické problémy kliknite sem. Oprava bytovej a kancelárskej techniky.

Zostavte si protónový precesný magnetometer. Kuban Krasnodar.

Preklad s doplnkami a poznámkami, vyd. L. I. Volkovej. [e-mail chránený] Záporožie, október 2008

Vo vyššie uvedenom článku sú autorove dodatky a komentáre uvedené kurzívou.

O Vzdelávací projekt „na dvore“ bol realizovaný s využitím široko dostupných elektronických komponentov. Toto zariadenie používa počítadlo na meranie precesnej frekvencie protónov v magnetickom poli po ich pulznej polarizácii. Riadenie precesnej frekvencie protónov v magnetickom poli je založené na prísnej fyzikálnej konštante. Rozsiahly referenčný materiál, ako aj praktické aplikácie protónových magnetometrov sú popísané v časopise The Amateur Scientist, február 1968 - pozri resp. stĺpec upravil Scientific American. Je tam popísaná aj konštrukcia dvojitej magnetometrickej cievky. Informácie z tohto článku boli použité ako základ pre tento vývoj. Čoskoro po tom, čo som vo februári 1968 našiel článok o tomto projekte v Scientific American, mi napadlo, že by sme mohli skúsiť pridať frekvenčný čítač k takémuto protónovému magnetometru. Tento vedecký projekt s názvom „veda na dvore“ je zaujímavý na meranie sily zemského magnetického poľa v konkrétnom bode. Ak k zariadeniu pridáte digitálno-analógový prevodník, bude možné pripojiť záznamník diagramov.

Pred niekoľkými rokmi som zostrojil precesný magnetometer (fluxgate magnetometer). Je to popísané v článku Richarda Noblesa uverejnenom v septembri 1991 v Electronics World + Wireless World. V diagrame žiarenia tohto zariadenia sú maximá intenzity magnetického poľa vo východnom a západnom smere a nulové prechody v severnom a južnom smere. V okolí vedeckého centra na dvore je hluk celkom slušný. Výkonné harmonické výkonové frekvencie vyžarované elektrickými vedeniami siahajú do frekvenčného rozsahu zvuku, kde konkurujú základnej frekvencii protónovej depolarizácie. Tieto zvuky je možné riešiť iba diferenciálnym (počítačovým) spínaním cievok snímača, optimálnou orientáciou snímača v magnetickom poli zeme a štandardným digitálnym vzorkovaním zvukového signálu.

a dostanete sa na webovú stránku výskumného monitorovacieho centra USGS (USA) Fredericksburg, v blízkosti ktorého sa nachádza zadný dvor.

FYZIKÁLNE ZÁKLADY PREVÁDZKY PRECESNÉHO MAGNETOMETRA

Činnosť precesných magnetometrov je založená na atómovej konštante, ktorá určuje frekvenciu precesie rotačnej osi protónov v magnetickom poli. Vo fyzike a mnohých ďalších vedách je známa ako Larmorova frekvencia.

V súčasnosti existujú kvantovo mechanické prístupy na vysvetlenie tohto javu, no klasické vysvetlenie je všeobecne dostupné a vnímavejšie. Protón je nabitá častica, ktorú si možno predstaviť rotujúcu okolo svojej centrálnej osi. Rotácia nabitej častice vždy vytvára magnetické pole, takže protón môže byť reprezentovaný ako druh elementárneho mikromagnetu. Pôsobením vonkajšieho magnetického poľa sa nemení uhlová frekvencia rotácie protónu, ale spôsobuje oscilácie (precesia) jeho magnetickej osi. Týmto spôsobom sa vyrovnáva vplyv vonkajšieho magnetického poľa na protón.

Larmorov zákon neplatí pre slabé magnetické polia, keď na protón pôsobí zvonka energia menšia ako 3 kT. V slabých magnetických poliach prevláda chaotický (ľubovoľný) posun magnetickej osi protónu v dôsledku tepelných efektov a iných medzimolekulových interakcií. Preto je v slabých magnetických poliach chaotická precesia protónov zdrojom výrazného elektromagnetického šumu.

[Poznámka pruh V detstve každý, kto roztočí mechanickú dosku hračky a potom do nej ľahko udrie, pozoroval fenomén precesie. Otočná horná časť sa po aplikácii najmenšieho vonkajšieho impulzu (kliknutia) okamžite odchýli od svojej predchádzajúcej osi otáčania a začne okolo nej oscilovať s určitou frekvenciou.

Naša planéta Zem sa tiež nepretržite otáča okolo svojej osi so sklonom osi rotácie vzhľadom na os ekliptiky 23 stupňov 26 minút a periódou rotácie 23h56m; je neustále v gravitačnom poli väčšieho kozmického objektu - rotujúcej protónovo-héliovej hviezdy - Slnka, okolo ktorého obieha s periódou 365,25 pozemského dňa. Silné gravitačné a magnetické polia Slnka sú superponované na gravitačné a magnetické polia rotujúcej roztavenej magmy, zemskej kôry a obrovskej masy vody obsahujúcej protóny, ako aj mnohých iných magneticky citlivých materiálov na planéte Zem.

Obdobie precesie rotačnej osi Zeme je na naše pomery obrovské – o niečo menej ako 26 000 pozemských rokov. Počas celého tohto obdobia sklon osi rotácie Zeme voči osi ekliptiky harmonicky kolíše v rozmedzí ±23 stupňov 26 minút. To je hlavný dôvod pravidelných globálnych dlhodobých klimatických zmien na našej planéte.

Stačí povedať, že biblická existencia poslednej ľudskej civilizácie, ktorá sa začína od okamihu, keď Boh dal prvému pozemskému človeku Adamovi svoje Slovo a svojho Ducha Svätého (predpotopné a popotopné obdobia až po súčasnosť), je o niečo viac ako štvrtina periódy precesie osi rotácie Zeme okolo osi ekliptiky ! (Na obr. 1 je to pravý dolný sektor).

Stupnica sklonu uhla

Ryža. 1. Precesný pohyb nebeského pólu pozdĺž cirkumpolárnych súhvezdí. Nebeský pól sa cez cirkumpolárne súhvezdia pohybuje veľmi pomaly a prechádza okolo osi ekliptiky s periódou takmer 26 000 rokov. Zároveň postupne prechádza cez tieto súhvezdia: Herkules (-8000-6000 rokov pred naším letopočtom), Draco (-6000-2000 rokov pred naším letopočtom), Malý medveď (-2000-0+3500 rokov pred a po n.l.), Kefeus (3 500 – 8 000 n. l.), Cygnus (8 000 – 13 000 n. l.), Lyra (13 000 – 15 500 n. l.) a opäť Draco (po roku 15 500 n. l.). Gradácia podľa rokov je približná. Viac ako 26 000 rokov je ekliptika tiež v axis smer pohybu celej Slnečnej sústavy o malé množstvo - asi 4? (Podľa knihy: F.Yu. Siegel. Poklady hviezdnej oblohy. M: Nauka, GRFML, 1987, s. 67-68, 276-277. )

Zem je pravidelne ovplyvňovaná jej satelitom, Mesiacom, ako aj všetkými ostatnými 8 (9) planétami Slnečnej sústavy. V dôsledku periodickej rotácie Mesiaca okolo Zeme dochádza k periodickým prílivom a tokom vody v moriach a oceánoch: obrovská masa zemskej vody obsahuje gigantický počet protónov, ako aj paramagnetické atómy kyslíka, ktoré sú unášané gravitačné a magnetické polia Mesiaca, ako aj všetkých ostatných planét slnečnej sústavy.

Človek je z približne 80 % tvorený vodou, takže ako všetky vody Zeme vo väčšej či menšej miere pociťuje magnetické búrky na Slnku, fázy Mesiaca (spln) a vplyv všetkých ostatných planét. slnečnej sústavy. Človek cíti gravitačné polia vo forme hmotnosti (hmoty). Čo sa týka magnetických polí Zeme, Slnka, Mesiaca a všetkých ostatných planét, ľudstvo je tak zvyknuté na ich večnú existenciu a ich prirodzené periodické zmeny, že väčšina ľudí si ich ani nevšíma a akoby ani nepociťuje. polia alebo ich zmeny, tak ako si Tí, ktorí žijú pri mori, všimnú zvuk príboja.

Magnetická susceptibilita vody a veľkej väčšiny chemických prvkov, ich zlúčenín a štruktúrnych útvarov na Zemi sa blíži k jednote. Niektoré chemické prvky a ich štruktúrne útvary (množstvo kryštálov a zliatin na báze železa, niklu, kobaltu atď.) sú však vysoko magneticky citlivé. Základnou zložkou ľudskej krvi je voda. Sú v nej rozpustené rôzne molekuly, ich hydroxylové skupiny a agregáty, trvalo zoskupené do zložitých zložitých biologických štruktúr obsahujúcich železo, ktoré je mnohomocné a zapadá do mnohých štruktúrnych foriem s rôznou magnetickou susceptibilitou. Preto je časť ľudstva vysoko citlivá na miestne zmeny v magnetickom poli Zeme v dôsledku magnetických slnečných búrok a lokálnych výkyvov zemskej magmy. Niektorí precitlivelí ľudia dokážu nielen vnímať mikrofluktuácie v magnetickom poli Zeme, ale svoju precitlivenosť dokážu aj prakticky uplatniť – dokážu napríklad nájsť podzemné zdroje vody (dowsing).

Vyššie uvedené znamená, že v protónových magnetometroch nie sú snímačmi vonkajšieho magnetického poľa cievky ako také, ale samotná kvapalina obsahujúca protón - voda, petrolej a mnohé iné uhľovodíkové kvapaliny, množstvo alkoholov atď. Cievky snímačov sú potrebné na polarizáciu protónov v médiu obsahujúcom protón podľa vášho výberu, ako aj na zachytenie slabých signálov relaxačnej precesie polarizovaných protónov. Preto hodnoty protónových precesných magnetometrov spravidla nezávisia od konštrukcie snímačov.

Koniec cca. pruh].

Protón reaguje na poruchu spôsobenú aplikovaným vonkajším magnetickým poľom tak, že svoju rotačnú os pretlačí s určitou uhlovou frekvenciou, ktorá je presnou konštantou [vodíkový štandard], nazýva sa to gyromagnetický koeficient. Pre protóny je tento koeficient zaokrúhlený na 267,53 x 1E6 radiánov za sekundu/Tesla alebo 42,58 MHz/Tesla.

[Poznámka pruh Tu je gyromagnetický koeficient uvedený v sústave SI. V skorších prácach (napríklad od Hougaarda) sa uvádza ako 4,258-4,26 kHz/Gauss, čo je ekvivalent, pretože 1 Tesla = 10^4 Gauss].

V severných zemepisných šírkach USA je priemerná sila magnetického poľa asi 50 000 - 55 000 nanoTesla, mení sa v závislosti od miesta merania. Vplyvom periodických magnetických búrok dochádza ku krátkodobým zmenám v sile magnetického poľa Zeme, ktoré môžu dosiahnuť niekoľko stoviek nanoTesla. Denné zmeny spôsobené slnečným vetrom v ionosfére sú v desiatkach nanoTesla. Vo všeobecnosti sa priemerná sila magnetického poľa Zeme v týchto zemepisných šírkach neustále znižuje v rámci mínus 90 nanoTesla za rok.

[Toto nie je koniec sveta, ale normálny dôsledok precesie osi rotácie Zeme okolo osi ekliptiky. Precesia rotačnej osi Zeme má významný vplyv na klímu všetkých jej kontinentov – pozri vyššie ed. približne. preklad]

Meraním frekvencie protónovej precesie v magnetickom poli zeme špeciálnym prístrojom zistíme, že táto frekvencia je v akustickom rozsahu:

Príklad: 42,58 MHz/Tesla * 52500x1E-9 Tesla = 2235 Hz V mojej (teda autorovi tohto článku - cca jazdný pruh) oblasti (na severovýchode) je k dnešnému dňu nameraná frekvencia v priemere 2271 Hz, čo zodpovedá až Priemerná sila magnetického poľa je asi 53 300 nanoTesla. Tento výsledok je vo vynikajúcej zhode s údajmi z monitorovania USGS pre lokalitu 160 míľ západne od Fredericksburgu. Táto hodnota je tiež v súlade s hodnotou nameranou referenčným precesným magnetometrom, ktorý bol kalibrovaný v poli Helmholtzovej cievky. Pre získanie maximálnej hodnoty intenzity magnetického poľa Zeme v danom bode bola geometrická os precesného snímača zariadenia posunutá z horizontálnej polohy do takmer vertikálnej.

[Poznámka pruh Magnetické siločiary vychádzajúce z magnetických pólov Zeme sa uzatvárajú pozdĺž kvázi eliptických trajektórií. Normála k týmto čiaram má nulovú deklináciu iba na rovníku. Keď sa pozorovateľ približuje k jednému z pólov Zeme, deklinácia normály sa neustále zvyšuje v smere k blízkemu pólu. Zostavte si druhý z magnetometrov popísaných v tomto článku – a budete môcť numericky zmerať silu zemského magnetického poľa a veľkosť magnetickej deklinácie pre vašu oblasť, pozorovať krátkodobé a dlhodobé zmeny magnetického poľa v dôsledku slnečných magnetických búrok, ako aj precesných zmien v magnetickom poli, s veľmi vysokou presnosťou. Merania by sa mali vykonávať mimo zdrojov prúdu, kovových predmetov, magnetických anomálií atď., zdvihnutím snímača do výšky najmenej 2 m od povrchu zeme. Koniec cca. preklad]

Dvanásť mesiacov po tom, čo na dvor začali prichádzať vyššie popísané senzory, som v našej oblasti zaznamenal pokles hodnoty čítacej frekvencie približne o 6-7 Hertzov. Spočiatku boli hodnoty frekvencie okolo 2277 - 2278 Hz. To je tiež v súlade s veľkosťou zmeny, ktorú pre oblasť predpovedajú monitorovacie služby USGS.

PROTÓNOVÝ PRECESNÝ MAGNETOMETER NA ODHAD SÍLY GEOMAGNETICKÉHO POLE A DETEKCIU MAGNETICKÝCH ANOMÁLIÍ "NA SLUCH"

Ryža. 2 Bloková schéma protónového precesného magnetometra na hodnotenie intenzity geomagnetického poľa a detekciu magnetických anomálií „SLUCHOM“.

Obrázok 2 zobrazuje blokovú schému verzie zariadenia s výstupom „len pre počutie“. Chýba počítacia časť elektrického obvodu. Obvod obsahuje iba cievku(y), audio zosilňovač a napájací zdroj a časovač. Časovač slúži na riadenie činnosti relé, ktoré striedavo pripája cievku k zdroju na polarizáciu a k vstupu audio zosilňovača. (Na obrázku je znázornený priebeh výstupného signálu časovača.)

[Poznámka pruh

1. Je lepšie nahradiť bipolárny tranzistor tranzistorom s efektom poľa. V súčasnosti sa sériovo vyrábajú kľúčové tranzistory FET s efektom poľa akéhokoľvek výkonu. V zatvorenom stave majú oveľa vyšší odpor ako bipolárne. Prechodné procesy spojené so zvýšenou kapacitou kanála výkonného FET tranzistora nehrajú prakticky žiadnu úlohu, pretože merania frekvencie protónovej precesie zvyčajne začínajú najskôr 100-200 milisekúnd po skončení aktuálneho impulzu na ich polarizáciu.

2. Na vyladenie cievok snímača na rezonanciu sú potrebné vysoko stabilné kondenzátory s nízkym zvodovým prúdom. Na obr. 2 kondenzátor na ladenie cievky snímača na rezonanciu je označený ako „ladiaci kondenzátor cievky 0,25-0,62 mF“. Ak je zariadenie určené na prevádzku v jednej oblasti, môžete sa obmedziť na jeden limit merania, a teda na jeden kondenzátor. Počet limitov merania závisí od prevádzkového rozsahu zariadenia, ako aj od faktora kvality LC obvodu pri frekvencii precesnej relaxácie protónov - čím je vyššia, tým viac limitov je potrebné urobiť. Preto je potrebné prepínať rezonančné kondenzátory. V magnetometri MMP203 sa prepínajú klasickým viacpolohovým prepínačom meracích limitov.

Rezonančné kondenzátory možno spínať aj tranzistormi s efektom poľa. Riadiaci prúd je nanoampér, takže spínací obvod kondenzátora môže byť zostavený pomocou lacnej logiky CMOS.

Koniec cca. preklad]

DESIGN SENZORA

Na trhu som objavil lokálny super zdroj cievkových rámov pre snímače magnetometrov, ktoré možno súčasne použiť ako nádoby na kvapalinu obsahujúcu protón. Toto je časť trhu, kde sa koreniny nachádzajú. Hľadajte koreniny so správnym objemom a tvarom nádoby. Zistil som, že ide o tenkostenné plastové nádoby, ktoré majú na dne a tesne pod vekom prstencové hrebene. Ide o formu, na ktorú možno ľahko navinúť viacotáčkovú cievku.

Obr.3. Konštrukcia lineárneho snímača fľaškového typu Obrázok 3 zobrazuje lineárnu cievku snímača so špecifickými rozmermi. K dispozícii je veľa veľkostí. Najvýhodnejšie sú kotúče s dĺžkou okolo 3,75 palca. Väčšia veľkosť koreničky [nádoby] umožňuje cievku snímača s vyššou vodivosťou. Nízky odpor cievky poskytuje vyšší faktor kvality Q, ako aj vyšší polarizačný prúd (obmedzený výkonom napájacieho zdroja). Väčší polarizačný prúd zvyšuje počiatočnú amplitúdu depolarizačného signálu. Vyšší faktor kvality Q cievky poskytuje aj dlhšiu vibračnú moduláciu signálu počas depolarizácie. Všimnite si, že indukčnosť cievky je úmerná druhej mocnine počtu závitov, zatiaľ čo aktívny odpor cievky je priamo úmerný počtu závitov. Dá sa predpokladať, že najlepšie výsledky (vysoký faktor kvality Q a selektívne ladenie celého obvodu) dosiahneme pri použití čo najväčšieho počtu závitov a čo najväčšieho prierezu drôtu. Samozrejme, nemenej dôležitou súčasťou je aj kondenzátor, ktorý je pripojený k cievke, aby ju naladil na frekvenciu [protónovej precesie].

Veľkosť indukčnosti cievky musí byť dostatočná, aby bolo možné použiť nie veľmi drahý kondenzátor na optimálne nastavenie cievky na periódu (frekvenciu) depolarizácie. Veľká hodnota Q tiež pomáha získať užšiu šírku pásma celého meracieho reťazca, čo je veľmi dôležité pre zvýšenie odstupu signálu od šumu a zníženie vplyvu vyšších harmonických zložiek (overtones) zosilneného signálu. Poznámky od autora článku

1. Je možné, že pri navíjaní tejto cievky o 700 otáčkach bude drôt položený v štyroch vrstvách. Udržať ideálnu hustotu vrstiev nie je jednoduché, a tak vám môže stačiť päť vrstiev. V skutočnosti počet závitov nie je kritický. Ak je vaša posledná, 700. otáčka ďaleko od konca cievky, pokračujte v navíjaní až do konca.

2. S uvedenými parametrami som získal indukčnosť asi 10 miliHenry. Približný vzorec na výpočet indukčnosti (zanedbanie viacerých vrstiev, čo znižuje indukčnosť nie o viac ako 5%):

L = (r2n2)/(10(r+l))

kde: r = 1/2 priemeru rámu (fľaše), palec

n = počet závitov

l = dĺžka, palec

3. Ak sú dodržané všetky vyššie uvedené parametre, pre dve cievky snímača zapojené do série by mala byť kapacita rezonančného kondenzátora asi 0,25 μF.

4. Nádoby sú naplnené kvapalinou obsahujúcou protóny. Môže to byť destilovaná voda, petrolej, metanol. Je tiež možné použiť izopropylalkohol

5. Nádoby na korenie vo všeobecnosti nie sú určené na uchovávanie tekutín. Ich viečka môžu mať vo vnútri papierové tesnenia, ktoré je potrebné odstrániť. Ak chcete utesniť nádoby, skúste vyrobiť tesnenia z duše bicykla alebo podobného materiálu.

V oblasti záhrady sa použitím dvoch cievok výrazne zlepšil pomer signálu k šumu. Pre mňa mali najväčší efekt dve rovnaké cievky. Aby sa znížilo priemyselné rušenie, boli zapínané postupne a starostlivo orientované. Najlepší pomer signálu k šumu bol dosiahnutý pri paralelnej orientácii osí cievok a ich protiľahlom zapojení.

[Poznámka pruh Pri vysokom kvalitatívnom faktore cievky snímača sa môže na jej koncoch v spínacích momentoch vytvoriť významné EMF, takže prierazné napätie rezonančných kondenzátorov a všetkých kľúčových prvkov by malo byť čo najvyššie.]

[Dodatok prekladateľa. Iné konštrukcie precesných magnetometrických snímačov.

Ryža. 4. Ponorné cievky snímača. Presne takéto cievky (2 kusy, umiestnené paralelne k sebe, čítačové spínanie, + spoločná otvorená clona po vonkajšom obvode oboch cievok) sú použité v snímači známeho magnetometra MMP-203

Ryža. 5. Rám snímača toroidného typu

Ryža. 6. Medzistupne výroby toroidného snímača

Ryža. 7. Zostava toroidného snímača

Dodatok prekladateľa na vysvetlenie šumu pozadia snímača.

Obrázky sú v poradí - obr. 7, obr. 8, obr. 9.

RYŽA. 8.. Signál depolarizácie protónov zo snímača precesného magnetometra (snímač s jednou cievkou). Pozdĺž osí: X - sek., Y - mV.

Ak chcete počúvať signál, kliknite na číslo obrázka.

RYŽA. 9..Frekvenčné spektrum najviac zatienenej časti signálu depolarizácie protónov, znázornené na obr. 8, po úzkopásmovom zosilňovači (jednocievkový snímač).

Ak chcete počúvať signál, kliknite na číslo obrázka.

RYŽA. 10.. Toto frekvenčné spektrum bolo získané kompenzačnou meracou metódou, ktorá je založená na spätnom prepojení dvoch cievok, vďaka čomu dochádza k vzájomnej kompenzácii väčšiny rušenia a termomagnetického šumu, veľmi citeľného na obr. 8 a 9. Po kompenzačnom odčítaní interferencie a termomagnetického šumu sa v spektrograme pozoruje čiarová distribúcia spektrálnej hustoty signálu precesie protónovej relaxácie. Jasne viditeľný je hlavný vrchol protónovej precesie s frekvenciou okolo 2 kHz. Jasne viditeľný je aj hlavný vrchol druhej harmonickej základnej frekvencie (asi 4 kHz). Nad a pod prvou (asi 2 kHz) a druhou (asi 4 kHz) harmonickou frekvenciou protónovej precesie sú pozorované satelitné vrcholy. Ich frekvencie sú posunuté nad a pod centrálny vrchol podľa frekvenčného multiplikačného faktora (harmonického čísla) podľa zákonov interakcie spin-orbita. Satelitné vrcholy druhej harmonickej sú rozdelené na 2 vrcholy. Spodný satelitný vrchol druhej harmonickej sa zreteľne posúva smerom k nízkym frekvenciám a stáva sa zrkadlovo symetrickým k hornému vrcholu. Je zrejmé, že precesia osi rotácie protónov prvého rádu je ostro asymetrická vzhľadom na ťažisko protónu (energie opačných väzieb protónov a elektrónov (S- a P-orbitály) vo väzbách SP? sú odlišné). Precesia rotačnej osi protónov druhého rádu je takmer symetrická vzhľadom na jej ťažisko (SP±1/2).

Na začiatku tohto článku bolo povedané, že zdrojom vlastného šumu pozadia senzora je termochaotická precesia protónov v slabých geomagnetických poliach. Na meranie frekvencie relaxačnej precesie protónov musí byť proces merania organizovaný tak, aby začal takmer okamžite po vypnutí polarizačného prúdu a ukončení prechodových procesov a pokračoval v obmedzenom časovom intervale (na obr. najviac zatienený interval), v ktorom amplitúda užitočného signálu presahuje úroveň šumu snímača, ktorého zdrojom je rušenie a chaotická precesia protónov v slabých geomagnetických poliach s energiou rovnou alebo menšou ako 3kT.

Zo skúsenosti je známe, že vibračný zvukový signál, ktorého zdrojom sú kombinované frekvencie, je vždy superponovaný na základnú frekvenciu signálu protónovej precesie (asi 2 kHz). Ich pôvod je možné pochopiť po analýze obr. 10. Akustická modulácia signálu protónovej precesie s frekvenciou asi 2 kHz inými frekvenciami je dôsledkom superpozície na hlavný signál kombinačných frekvencií vytvorených v dôsledku dynamického sčítania a odčítania hornej a dolnej harmonickej zložky. rezonančné oscilácie v blízkej časti akustického spektra, vrátane vplyvu magnetickej rezonancie na štiepenie energetických hladín atómu vodíka v dôsledku spinorbitálnej interakcie.

Koniec prídavného prekladu.]

AUDIO ZOSILŇOVAČ

Ryža. 11. Bloková schéma selektívneho audio zosilňovača

Audio zosilňovač je postavený na štyroch bipolárnych tranzistoroch a jednom duálnom operačnom zosilňovači. Bloková schéma ukazuje rozdelenie zisku v každej fáze. Tento zosilňovač je tiež aktívnym zárezovým filtrom naladeným na očakávanú frekvenciu protónovej precesie [pre danú oblasť]. Maximálne je zisk viac ako 130 dB. Zobrazená je aj teoretická šírka pásma. Celkový zisk je veľmi veľký, takže počas inštalácie by sa mali prijať opatrenia na zabránenie samobudenia zosilňovača.

Ryža. 12. Frekvenčná charakteristika selektívneho audio zosilňovača

Ryža. 13. Schéma selektívneho zosilňovača zvuku

Pre zvýšenie vstupného odporu zosilňovača je v emitore tranzistora 100 Ohmový odpor, v báze 12 kOhm odpor, ktorý znižuje zaťaženie rezonančne ladených cievok snímača. Rezonančný paralelný LC obvod snímača tvorený cievkami a rezonančným kondenzátorom má impedanciu asi 3000 Ohmov. Všetky ostatné prvky vstupného stupňa boli vybrané tak, aby poskytovali dobrý pomer signálu k šumu pri najvyššom možnom zisku. Hluk tohto stupňa je ekvivalentný hluku 560 ohmového odporu. Hluk zo snímacích cievok a vonkajšie rušenie však výrazne prevyšuje hluk samotného zosilňovača.

Poznámka pruh V druhom, treťom a aj záverečnom stupni môžete použiť zložený tranzistor s vysokým ziskom typu BC847C (? = 400-1000). Takáto výmena ešte viac zúži šírku pásma a zníži výstupnú impedanciu zosilňovača na 1-3 kOhm (Re = 820 Ohm, Rк = 1-3 kOhm).

Ryža. 14. Konštrukčné usporiadanie častí na doske zosilňovača

Na obr. 14 nižšie zobrazuje umiestnenie častí na doske zosilňovača. Montuje sa na obojstrannú fóliu zo sklolaminátu [getinax]. Všetky komponenty sú bezpečne prispájkované, ich koncovky sú zastrčené do nylonových alebo teflónových koncoviek. Vodiče spájajúce diskrétne komponenty by mali byť čo najkratšie. Doska zosilňovača je umiestnená v špeciálne tvarovanom puzdre pokrytom hliníkovou clonou (páskou). Externá obrazovka je prepojená s internou doskou pomocou prepojky.

Poznámka preklad Čo je dobré na protónovom precesnom magnetometri: frekvencia protónovej precesie nezávisí od konštrukcie snímača a typu kvapaliny obsahujúcej protóny, ale závisí len od sily vonkajšieho magnetického poľa. (Je to preto, že magnetická permeabilita typických kvapalín a materiálov obsahujúcich protóny používaných pri výrobe senzorov je rovná jednotke.) Ale amplitúda signálu, čas merania, ako aj pomer signálu k šumu, a teda aj citlivosť zariadenia ako celku, veľmi závisia od rozhodnutí o návrhu obvodu, ktoré urobíte, od návrhu a starostlivej výroby snímača. a celé zariadenie ako celok.

Na ďalšej strane je znázornená schéma magnetometra s prídavným generátorom, ktorého frekvencia generovania je synchronizovaná s frekvenciou precesie [protónov]. Toto je úplne prístupná schéma zapojenia zariadenia, ktoré vám umožňuje merať intenzitu magnetického poľa v miestnej geomagnetickej oblasti. Takéto merania sa zvyčajne vykonávajú len na informačné účely. Záujemcovia si môžu zariadenie prispôsobiť aj pre ďalšie špecifické praktické aplikácie. Snažil som sa dosiahnuť hospodárnosť a dostupnosť vývoja, aby som pri jeho opakovaní mohol použiť štandardné, ľahko dostupné komponenty. Logiku CMOS, ktorú som si vybral, možno nahradiť analógmi TTL – potom však bude potrebný výkonnejší zdroj napájania.

PUSTITE DO KONŠTRUKCIE ZARIADENIA S PRÍDAVNÝM GENERÁTOROM!

POPIS NÁVRHU MAGNETOMETRA S PRÍDAVNÝM GENERÁTOROM A PLL

Obr. 15. Funkčná schéma protónového magnetometra s prídavným generátorom a PLL Ide o blokovú schému protónového magnetometra, ktorý pridáva možnosť merať frekvenciu zmeny emf generovaného v cievke snímača precesiou protónov po privedení polarizačného prúdu na niekoľko sekúnd. Štyri desatinné deliče umožňujú zobraziť výsledok merania s rozlíšením 1 alebo 0,1 Hz. Takéto vysoké rozlíšenie s časom merania kratším ako jedna sekunda sa získalo N-násobným vynásobením nameranej frekvencie signálu precesie.

Prístroj obsahuje dvanásť integrovaných obvodov (IC) a malý počet rôznych diskrétnych komponentov. Použitie integrovaných obvodov je vo všetkých ohľadoch hospodárnejšie, keďže takéto zariadenie pozostáva z malého počtu štandardných štandardných prvkov. Existuje mnoho alternatív k tu použitým multifunkčným integrovaným obvodom – možno ich nahradiť diskrétnymi INE (NAND), ExOR (ExNOR) hradlami, čítačmi a multivibrátormi. Pre túto aplikáciu je dobrým riešením výber multifunkčného IC 4046 so vstavaným fázovým automatickým ovládaním frekvencie oscilátorom riadeným napätím (VCO) v kombinácii s počítadlom/deličom 4060, existujú však aj iné možnosti. Ak je zariadenie napájané z batérie, výmena TTL logických integrovaných obvodov za CMOS výrazne znižuje záťaž a požiadavky na jednosmerný prúd.

(V tomto článku bol predtým predstavený iný multifunkčný mikroobvod zobrazený v predchádzajúcom segmente (obr. 2), na základe ktorého je možné implementovať LEN najjednoduchšiu verziu zariadenia na detekciu magnetických anomálií „POČÚVAŤ“ (SLUCHOM). Takéto technické riešenie nevyžaduje frekvenčné merania [protónová precesia], používa iba časovač na periodické zapínanie a vypínanie prúdu cievok senzora na periodickú polarizáciu [protónov]).

Poznámka preklad Napriek svojej jednoduchosti je toto zariadenie celkom funkčné. Z hľadiska hĺbky a polomeru detekcie magnetických anomálií vytvorených v pôde a vodných útvaroch železnými kovmi výrazne prekrýva väčšinu detektorov kovov iných tried a typov. (Uvedenú citlivosť možno získať iba pripojením snímača k zariadeniu s dvoma takmer identickými cievkami zapojenými v opačných smeroch).

V zariadení s PLL (obr. 15, 16) sa synchronizácia prúdového impulzu cez cievky, ako aj všetky následné procesy merania frekvencie [protónová depolarizácia] uskutočňuje pomocou kremenného rezonátora. Podobné malé cylindrické zariadenia nájdete v niektorých digitálnych náramkových hodinkách. Predávajú sa za približne 1 dolár za 2 kusy. v Active Electronics alebo 1 dolár za 1 kus. v Radio Shack.

Master quartz rezonátor je nevyhnutným doplnkom k páru CD4060/MC14060 MS. Spolu s hodinovým kremenným rezonátorom generujú frekvenciu 32768 Hz, ktorá je pozorovaná na vstupe štrnásťbitového čítača/deliča. Konečná výstupná frekvencia čítača/deliča je 2 Hz, čo zodpovedá frekvencii opakovania impulzov 0,5 sekundy. Na ovládanie zariadenia sa táto frekvencia posiela do 4 binárnych čítačov, z ktorých posledný riadi integrované logické prvky: štyri sekundy - logická jednotka / štyri sekundy - logická nula. Pre jednoduchosť sa používa celý cyklus počítania 4 binárnych čítačov. Ak máte v úmysle vytvoriť prenosnú verziu magnetometra, môže byť užitočné skrátiť interval depolarizácie (počúvania) na pol sekundy. K tomu je potrebné doplniť obvod o aspoň jeden ďalší zo štyroch logických prvkov NAND, aby bolo možné dekódovať prichádzajúce impulzy (10 hodinových cyklov) a obnoviť počet.

Polarizačný prúd sa aplikuje na snímacie cievky na niekoľko sekúnd, aby sa získala dobrá amplitúda nosného signálu. Zvyčajne [pre protónovú polarizáciu] postačujú tri sekundy. Spínacie relé po odpojení cievky od zdroja polarizačného prúdu pripojí cievku(y) na vstup audio zosilňovača. Po zosilnení ide signál do počítadla. Ak je počítanie pri relaxačnej frekvencii, potom je potrebný jeden ďalší interval počítania na dosiahnutie presnosti merania frekvencie s rozlíšením 1 Hz a desať sekúnd na dosiahnutie rozlíšenia 0,1 Hz. Nepochybne, v druhom prípade má signál čas klesnúť na úroveň šumu zosilňovača. Preto v typickom dizajne obvodov na dvore (obr. 2) už po jednej sekunde relaxačný signál konkuruje šumu a interferencii.

16 Schéma magnetometra s prídavným oscilátorom a PLL Obr

Uzavretá slučka fázovo viazaná slučka [ktorá je implementovaná v CD(HEF)40406 MS, ako aj v 74AC(ACT)4046, 74HC(HCT)4046, 74HC(HCT)7046, 74HC(HCT)9046 a sa v tomto obvode používa ], poskytuje meranie nosnej frekvencie s vysokou presnosťou a rozlíšením 1 a 0,1 Hz a za menej ako jednu sekundu. Jeden vstup vstavaného fázového komparátora(ov) [ФК1:EXOR a ФК2:СОМВ)] prijíma signál z výstupu audio zosilňovača. Druhý vstup toho istého fázového komparátora(ov) prijíma signál syntetizovaný interným oscilátorom MS......046, riadeným napätím - VCO.

[Približne. Vo vyššie uvedenej sérii MS.....046 vám vstavaný fázový komparátor FK1 umožňuje porovnávať vstupné signály na základnej frekvencii aj na harmonických vstupného signálu, čo je ekvivalentné N-násobnému násobeniu vstupu frekvenciu aj bez externého deliča. FC2 môže porovnávať 2 periodické (impulzné) signály iba na hlavnej frekvencii. Diskretizácia počtu frekvencií (alebo skôr periódy) prichádzajúceho signálu na získanie požadovaného maximálneho rozlíšenia merania frekvencie f/N je zabezpečená tým, že sa automaticky udržiava aktuálna hodnota frekvencie generovania vstavaného VCO. v rámci regulačných limitov pre všetky typické poruchy a v prítomnosti externého deliča má vždy hodnotu , ktorá je N-krát vyššia ako aktuálna frekvencia prichádzajúceho signálu. Čas na vytvorenie výstupnej frekvencie VCO po skokovej zmene frekvencie alebo fázy vstupného signálu je kratší ako 1 ms. Porovnanie fáz prichádzajúcich a referenčných signálov, vykonávané v jednom zo vstavaných fázových komparátorov: FK1, FK2 alebo FK3 (v niektorých modeloch), sa zvyčajne uskutočňuje pri frekvencii prichádzajúceho signálu. Preto sa výstupná frekvencia VCO zvyčajne delí faktorom N predtým, ako sa privedie na vstup komparátora.]

V tomto obvode je aktuálna výstupná frekvencia VCO postupne delená 10 a 8 dvomi externými digitálnymi čítačmi/deličkami. Keď je vonkajšia komunikačná slučka 4046 MC zatvorená, frekvencia VCO sa nepretržite udržiava rovná výstupnej frekvencii audio zosilňovača, vynásobená faktorom N, ktorý sa rovná celkovému deliacemu faktoru všetkých pripojených externých deličov (8x10 = 80). . [Poznámka dráha: pre MMP-203 N = 64, t.j.

Priame vzorkovanie signálu z výstupu VCO do deličov umožňuje získať indikáciu s rozlíšením 0,1 Hz (Pravda pre MS CD(HEF)4046. MS série AC, NS umožňujú získať vyššie rozlíšenie - pozri poznámku na koniec článku). Prirodzene, štvorciferná indikácia intenzity magnetického poľa môže presahovať štvrtú číslicu počítania, pretože so zvýšeným rozlíšením sa tisíce zobrazujú najvyššou (4.) číslicou a stovky, desiatky, jednotky a desatiny Hz sa zobrazujú nasledujúcimi číslicami. , resp.

[Poznámka pruh MS všetkých sérií...046 Fázový komparátor FK2 (a len jeden!) má 2 výstupy: jeden - inverzný - je poslaný do externého dolnopriepustného filtra a druhý - priamy - je určený na označenie momentu, kedy je inverzný výstup FK2 je v treťom stave Z. Len v tomto stave FC2 sú vstupné a výstupné frekvencie MS striktne synchronizované s násobiacim/deliacim faktorom N, pričom na priamom výstupe FC2 sa objavuje logická jednička. Tento výstup (1. kolík MS) sa môže (a mal by) použiť na umožnenie zobrazenia skutočných výsledkov merania a zakázať falošné. Podobná konštrukcia obvodu je použitá v MMP-203 - obvod je veľmi objemný, v dôsledku čoho je výrazne horší ako akýkoľvek integrovaný MS...046 v odolnosti proti rušeniu a rušeniu. V schematickom diagrame tu prezentovanej demo verzie zariadenia nie je táto najdôležitejšia funkcia mikroobvodu MS...046 použitá na zjednodušenie].

V tomto prevedení (zjednodušená demo verzia) sa stavy počítadiel dekád zobrazujú pomocou LED diód. Diagram (obr. 16) ukazuje štyri LED diódy na platných čísliciach [zobrazuje stavy 1, 2, 4, 8] a na najvýznamnejšiu číslicu stačí nainštalovať dve alebo tri LED diódy, pretože len zriedka dochádza k prebytku túto číslicu. Používateľ bude môcť jednoducho prečítať jednoduchý ekvivalent binárneho dekodéra BCD2 (dvetisíc alebo dvesto, v závislosti od zvoleného rozlíšenia). Za stabilných podmienok merania sa zvyčajne vyskytujú zmeny iba v najmenej významnej číslici - so zvoleným rozlíšením 1 Hz, alebo v posledných dvoch čísliciach - s rozlíšením 0,1 Hz. Ak je zamýšľaným použitím prístroja prenosné vyhľadávanie, potom mám podozrenie, že zobrazenie s plným desatinným číslom by bolo veľmi žiaduce, aby sa dali prečítať všetky variácie. (Aj keď na detekciu magnetických anomálií môže úplne postačovať len počúvanie zvuku zo zvukového výstupu). Existuje mnoho riešení na implementáciu desiatkového displeja, na ktorý sme zvyknutí: toto je... kompozitný LCD displej, sedemsegmentový LCD displej atď. Vyžadujú doplnenie obvodu o vhodný BCD dekodér, aby bolo možné dekodér/indikátor segmentovať. Dá sa použiť aj drahé kombinované počítadlo/indikátor. Aby sa ušetril a minimalizoval počet prepojovacích vodičov sprevádzajúcich počítacie prvky obvodu, v niektorých prípadoch je možné namiesto diskrétnych počítadiel použiť monostabilné multivibrátory (monostabilné). S ich pomocou môžete nastaviť periódy impulzov prichádzajúcich do koincidenčných a synchronizačných obvodov. Je to jednoduchšie ako dekódovanie stavov čítačov CD4060 a 74197 (U1 a U2), ktoré sú poháňané časovacími impulzmi generovanými kryštálom s frekvenciou 32,768 kHz. (Obr.7). Všetky dekódovacie a riadiace operácie je možné realizovať pomocou NAND logických prvkov, ako aj invertorov (najmä v prípadoch, keď samotné čítače nezabezpečujú požadované logické operácie na výstupných signáloch Qpr a Qinv).

Aby sa zaručili stanovené časové intervaly, periódy impulzov na výstupoch multivibrátorov musia byť nastavené a stabilizované s dostatočnou presnosťou, avšak tolerancia nominálnych hodnôt externých časovacích prvkov multivibrátora je často nedostatočná na to, aby bola zaručená presné časové intervaly (meškania). Vo vyššie uvedenej schéme sa vytváranie presných časových intervalov uskutočňuje pomocou kremennej frekvenčnej stabilizácie a viacbitového počítadla. Časovacie odpory R3 a R4 sú navrhnuté správne, ale v praxi musia byť upravené tak, aby poskytovali požadované časové oneskorenia (časové intervaly), [ pretože tolerancia pre kondenzátory s nominálnou hodnotou 10 mF je veľmi široká! Poznámka pruh].

Ryža. 7. Časové diagramy tvorby riadiacich impulzov. NASTAVENIE ČASOVÝCH ONESKORENÍ Štvrtá binárna číslica výstupu oscilátora/počítadla CD4060 (Q4) je dostupná na MS U1, kolík 7. V tomto bode je frekvencia kryštálového oscilátora (32768 Hz) delená 16, čo sa rovná 2048 Hz. Nastavenie oneskorenia multivibrátora U3A

Vytvorte nasledujúce dočasné prepojenia:

1. Prerušte spojenie medzi bodmi A1 a A2. Pripojte A2 k testovaciemu signálu s frekvenciou 2048. Toto je výstup MC U1, kolík #7.

2. Prerušte spojenie medzi bodmi TC1 a TC2. Tu prechádza signál počiatočného nastavenia (RESET TO ZERO) desaťročí všetkých počítadiel, generovaný a oneskorený multivibrátorom U3A.

Nastavte hodnotu variabilného odporu R12 na kolíku 11 U10 na približne 8000 Ohmov. Týmto spôsobom je stredná frekvencia CD4046 MS VCO prednastavená, aby sa skontrolovalo, nakoľko spadá do pásma zachytávania spätnej väzby pre testovací signál. Keď je frekvencia zachytená VCO, mala by byť 80-krát vyššia ako frekvencia testovacieho signálu, t.j. rovná 163840 Hz. Nastavte prepínač rozlíšenia (S1) do polohy "1 Hz". V tomto prípade je výstup desiatkového frekvenčného deliča MS 16384 VCO (v schéme je vyznačený MS 74196!) pripojený na vstup vysokoradového desaťdňového počítadla. Nastavte nominálnu hodnotu časovacieho odporu R3 na 56 kOhm alebo 62 kOhm.

Displej sa musí aktualizovať každých osem sekúnd. Vypočítané trvanie zobrazovacieho cyklu je 0,2 sekundy, takže pri frekvencii VCO 163840 Hz sa zobrazí ako 3277. (0,2 X 16384 = 3277). Vyberte hodnotu pre odpor R3 tak, aby čas oneskorenia U3A bol v rozsahu 190 - 210 milisekúnd, zatiaľ čo počítadlo by malo čítať medzi 3112 - 3440.

Nastavenie oneskorenia multivibrátora U3B:

Nechajte všetky predchádzajúce testovacie pripojenia. Okrem toho vytvorte nasledujúce dočasné testovacie pripojenia:

1. Prerušte spojenie medzi bodmi D1 a D2.

2. Prerušte spojenie medzi bodmi B1 a B2. Na B1 pripojte prepojku izolovaného drôtu, aby ste ho mohli ručne pripojiť k zemi a obnoviť reset dekády.

3. Vytvorte dočasné prepojenie z bodu E1 na D1. Manuálne resetujte glukomer uzemnením B1. Sledujte počítadlo, ktoré musí počítať pred aj po manuálnom obnovení počítadla. Pre R4 nastavte počiatočnú hodnotu na 27 kOhmov. Upravte hodnotu R4 tak, aby čas oneskorenia bol medzi 90 a 100 milisekúndami, čo zodpovedá odčítaniu počítadla medzi 1475 a 1638. Obnovte všetky spojenia podľa schémy zapojenia zariadenia. NASTAVENIE FREKVENCIE VCO MS CD4046:

Dočasne pripevnite bod A2 k zemi. Nastavte hodnotu odporu R12 tak, aby hodnoty indikátora spadali do rozsahu 2230 - 2250. Odstráňte dočasné uzemnenie.

[Poznámka pruh Nahradenie CD4046 za MS 74NS(NST)7046-9046 umožňuje získať indikáciu frekvencie precesnej relaxácie protónov s rozlíšením 1; 0,1; 0,01 a 0,001 Hz!. (Pozri vyššie: Podľa obvodu CD4046 VCO spolu s deličmi po 10 a 8 generuje testovací signál 163840 Hz. Pre CD4046 VCO je limitná frekvencia 1-2 MHz. Ak namiesto CD4046 zoberieme 74HC( HCT)70(90)46 a pridajte reťazec OS má ďalšieho desatinného deliteľa (10*10*8), potom bude VCO stabilne generovať centrálnu frekvenciu o rádovo vyššiu, t.j. 1638400 Hz. V prípade potreby môžete zvýšiť frekvenciu VCO o ďalší rád a potom dostaneme rozlíšenie 0,001 Hz! Pre nový rad MS 74NS...046 je horná pracovná frekvencia zvýšená na 16-18 MHz. Pre nový rad čítačov CMOS dekodérov 74NS, frekvencia počítania sa zvýši na 50-80 MHz).]

S uv. Beletsky A.I. 10.2008 Kuban Krasnodar.

Diferenciálny magnetometer, ktorý vám dávame do pozornosti, môže byť veľmi užitočný pri hľadaní veľkých železných predmetov. S takýmto zariadením je takmer nemožné hľadať poklady, no pri hľadaní plytko potopených tankov, lodí a iných druhov vojenskej techniky je nepostrádateľný.

Princíp činnosti diferenciálneho magnetometra je veľmi jednoduchý. Akýkoľvek feromagnetický objekt skresľuje prirodzené magnetické pole Zeme. Tieto položky zahŕňajú čokoľvek vyrobené zo železa, liatiny a ocele. Skreslenie magnetického poľa môže byť výrazne ovplyvnené aj vlastnou magnetizáciou predmetov, ktorá sa často vyskytuje. Po zaznamenaní odchýlky intenzity magnetického poľa od hodnoty pozadia môžeme konštatovať, že v blízkosti meracieho zariadenia sa nachádza predmet vyrobený z feromagnetického materiálu.

Skreslenie magnetického poľa Zeme ďaleko od cieľa je malé a odhaduje sa na základe rozdielu signálov z dvoch senzorov oddelených určitou vzdialenosťou. Preto sa toto zariadenie nazýva diferenciálne. Každý senzor meria signál úmerný sile magnetického poľa. Najpoužívanejšie sú feromagnetické senzory a senzory na báze magnetonickej precesie protónov. Predmetné zariadenie používa snímače prvého typu.

Základom feromagnetického snímača (nazývaného aj fluxgate) je cievka s jadrom z feromagnetického materiálu. Typická magnetizačná krivka pre takýto materiál je dobre známa zo školského kurzu fyziky a pri zohľadnení vplyvu magnetického poľa Zeme má nasledujúcu podobu, znázornenú na obr. 29.

Ryža. 29. Magnetizačná krivka

Cievka je budená striedavým sínusovým nosným signálom. Ako je možné vidieť z obr. 29, posunutie magnetizačnej krivky feromagnetického jadra cievky vonkajším magnetickým poľom Zeme vedie k tomu, že indukcia poľa a s tým spojené napätie na cievke sa začína nesymetricky skresľovať. Inými slovami, napätie snímača so sínusovým prúdom nosnej frekvencie sa bude líšiť od sínusoidy o „sploštenejšie“ vrcholy polovičných vĺn. A tieto deformácie budú asymetrické. V jazyku spektrálnej analýzy to znamená objavenie sa v spektre výstupného napätia cievky párnych harmonických, ktorých amplitúda je úmerná sile predpätia magnetického poľa (zemského poľa). Práve tieto rovnomerné harmonické je potrebné „chytiť“.

Ryža. 30. Diferenčný feromagnetický snímač

Pred zmienkou o synchrónnom detektore, ktorý sa na tento účel prirodzene navrhuje, pracujúci s referenčným signálom s dvojnásobnou nosnou frekvenciou, pouvažujme nad návrhom komplikovanej verzie feromagnetického snímača. Skladá sa z dvoch jadier a troch cievok (obr. 30). Vo svojom jadre je to diferenciálny snímač. Pre jednoduchosť to však ďalej v texte nebudeme nazývať diferenciálne, keďže samotný magnetometer je už diferenciálny :).

Konštrukcia pozostáva z dvoch rovnakých feromagnetických jadier s identickými cievkami usporiadanými paralelne vedľa seba. Vo vzťahu k budiacemu elektrickému signálu referenčnej frekvencie sú zapojené protiprúdne. Tretia cievka je vinutie navinuté na vrchu prvých dvoch cievok jadra zložených dohromady. Pri absencii vonkajšieho predpínacieho magnetického poľa sú elektrické signály prvého a druhého vinutia symetrické a v ideálnom prípade pôsobia tak, že v treťom vinutí nie je žiadny výstupný signál, pretože magnetické toky cez ne sú úplne kompenzované. .

V prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa sa obraz zmení. Prvé jedno alebo druhé jadro na vrchole zodpovedajúcej polvlny „letí“ do saturácie hlbšie ako zvyčajne v dôsledku dodatočného vplyvu magnetického poľa Zeme. V dôsledku toho sa na výstupe tretieho vinutia objaví signál dvojitého frekvenčného nesúladu. Základné harmonické signály sú tam ideálne plne kompenzované.

Pohodlie uvažovaného snímača spočíva v tom, že jeho cievky môžu byť zahrnuté do oscilačných obvodov na zvýšenie citlivosti. Prvý a druhý - do oscilačného obvodu (alebo obvodov) naladených na nosnú frekvenciu. Tretí - do oscilačného obvodu naladeného na druhú harmonickú.

Opísaný snímač má výrazný vyžarovací diagram. Jeho výstupný signál je maximálny, keď je pozdĺžna os snímača umiestnená pozdĺž siločiar vonkajšieho konštantného magnetického poľa. Keď je pozdĺžna os kolmá na siločiary, výstupný signál je nulový.

Senzor uvažovaného typu, najmä v spojení so synchrónnym detektorom, môže úspešne fungovať ako elektronický kompas. Jeho výstupný signál po usmernení je úmerný priemetu vektora sily magnetického poľa Zeme na os snímača. Synchrónna detekcia umožňuje zistiť znamenie tejto projekcie. Ale aj bez označenia – orientáciou snímača podľa minimálneho signálu dostaneme smer na západ alebo východ. Orientáciou na maximum získame smer siločiary magnetického poľa Zeme. V stredných zemepisných šírkach (napríklad v Moskve) ide šikmo a „prilepí sa“ do zeme smerom na sever. Uhol magnetickej deklinácie možno použiť na približný odhad zemepisnej šírky oblasti.

Diferenciálne feromagnetické magnetometre majú svoje výhody a nevýhody. Medzi výhody patrí jednoduchosť zariadenia, nie je o nič zložitejšie ako rádiový prijímač s priamym zosilnením. Medzi nevýhody patrí pracnosť výroby snímačov - okrem presnosti je potrebná absolútne presná zhoda počtu závitov príslušných vinutí. Chyba jedného alebo dvoch otočení môže výrazne znížiť možnú citlivosť. Ďalšou nevýhodou je „kompasová“ povaha zariadenia, t. j. neschopnosť úplne kompenzovať pole Zeme odčítaním signálov z dvoch od seba vzdialených senzorov. V praxi to vedie k falošným signálom pri otáčaní snímača okolo osi kolmej na pozdĺžnu.

Praktický dizajn

Praktická konštrukcia diferenciálneho feromagnetického magnetometra bola realizovaná a testovaná v prototypovej verzii bez špeciálnej elektronickej časti pre zvukovú indikáciu, len s použitím mikroampérmetra s nulou v strede stupnice. Obvod zvukovej signalizácie možno prevziať z popisu detektora kovov na princípe „vysielanie-príjem“. Zariadenie má nasledujúce parametre.

Hlavné technické vlastnosti

Napájacie napätie - 15... 18 V
Spotreba prúdu - nie viac ako 50 mA

Hĺbka detekcie:

pištoľ - 2 m
hlaveň dela - 4 m
nádrž - 6 m

Štrukturálna schéma

Bloková schéma je znázornená na obr. 31. Kremeňom stabilizovaný hlavný oscilátor vytvára hodinové impulzy pre kondicionér signálu.

Ryža. 31. Bloková schéma diferenciálneho feromagnetického magnetometra

Na jednom z jeho výstupov je štvorcová vlna prvej harmonickej, ktorá ide do výkonového zosilňovača, ktorý budí vyžarovacie cievky snímačov 1 a 2. Druhý výstup generuje pravouhlú vlnu referenčnej dvojitej taktovacej frekvencie s 90° posun pre synchrónny detektor. Rozdielový signál z výstupných (tretích) vinutí snímačov je zosilnený v prijímacom zosilňovači a usmernený synchrónnym detektorom. Upravený konštantný signál je možné zaznamenať mikroampérmetrom alebo zvukovými signalizačnými zariadeniami popísanými v predchádzajúcich kapitolách.

Schematický diagram

Schematický diagram diferenciálneho feromagnetického magnetometra je znázornený na obr. 32 - časť 1: hlavný oscilátor, kondicionér signálu, výkonový zosilňovač a vyžarovacie cievky, obr. 33 - časť 2: prijímacie cievky, prijímací zosilňovač, synchrónny detektor, indikátor a napájací zdroj.

Ryža. 32. Schéma elektrického zapojenia - 1. časť

Hlavný oscilátor je namontovaný na invertoroch D1.1-D1.3. Frekvencia oscilátora je stabilizovaná kremenným alebo piezokeramickým rezonátorom Q s rezonančnou frekvenciou 215 Hz = 32 kHz („clock quartz“). Obvod R1C1 zabraňuje vybudeniu generátora pri vyšších harmonických. Obvod OOS je uzavretý cez odpor R2 a obvod POS je uzavretý cez rezonátor Q. Generátor je jednoduchý, má nízky odber prúdu, spoľahlivo pracuje pri napájacom napätí 3...15 V, neobsahuje ladené prvky ani príliš vysokoodporové odpory. Výstupná frekvencia generátora je asi 32 kHz.

Kondicionér signálu(Obr. 32)

Kondicionér signálu je zostavený na binárnom čítači D2 a D-flip-flope D3.1. Typ binárneho čítača nie je dôležitý, jeho hlavnou úlohou je deliť hodinovú frekvenciu 2, 4 a 8, čím sa získajú meandre s frekvenciami 16, 8 a 4 kHz. Nosná frekvencia pre budenie vysielacích cievok je 4 kHz. Signály s frekvenciami 16 a 8 kHz, pôsobiace na D-klopný obvod D3.1, tvoria na svojom výstupe štvorcovú vlnu zdvojnásobenú vzhľadom na nosnú frekvenciu 8 kHz, posunutú o 90° vzhľadom na výstupný signál 8. kHz binárneho čítača. Takýto posun je nevyhnutný pre normálnu činnosť synchrónneho detektora, pretože ten istý posun má na výstupe snímača užitočný signál dvojfrekvenčného nesúladu. Druhá polovica mikroobvodu dvoch D-klopných obvodov - D3.2 sa v obvode nepoužíva, ale jeho nevyužité vstupy musia byť pre normálnu prevádzku pripojené buď k logickej 1 alebo logickej 0, čo je znázornené na schéme.

Zosilňovač(Obr. 32)

Výkonový zosilňovač tak na prvý pohľad nevyzerá a predstavuje len výkonné meniče D1.4 a D1.5, ktoré v protifáze roztáčajú oscilačný obvod pozostávajúci zo sériovo paralelne zapojených vyžarovacích cievok snímača a kondenzátora C2. Hviezdička vedľa menovitého výkonu kondenzátora znamená, že jeho hodnota je uvedená približne a že ho treba zvoliť počas nastavovania. Nepoužitý menič D1.6, aby nezostal nezapojený vstup, invertuje signál D1.5, ale prakticky pracuje „naprázdno“. Rezistory R3 a R4 obmedzujú výstupný prúd meničov na prijateľnú úroveň a spolu s oscilačným obvodom tvoria kvalitný pásmový filter, vďaka čomu sa tvar napätia a prúdu vo vysielacích cievkach snímača takmer zhoduje. so sínusovým.

Prijímací zosilňovač(Obr. 33)

Prijímací zosilňovač je dvojstupňový. Je zostavený pomocou operačných zosilňovačov D4.2 a D6.1 s paralelnou napäťovou spätnou väzbou. Kondenzátor C4 znižuje zosilnenie pri vyšších frekvenciách, čím zabraňuje preťaženiu zosilňovacej cesty vysokofrekvenčným rušením z energetických sietí a iných zdrojov. Korekčné obvody operačného zosilňovača sú štandardné.

Synchrónny detektor(Obr. 33)

Synchrónny detektor je vyrobený pomocou operačného zosilňovača D6.2 podľa štandardného obvodu. Ako analógové prepínače sa používa čip D5 CMOS multiplexer-demultiplexer 8 by 1 (obr. 32). Jeho digitálny adresový signál sa presúva len v najmenej významnom bite, čím sa zabezpečuje striedavé prepínanie bodov K1 a K2 na spoločnú zbernicu. Usmernený signál je filtrovaný kondenzátorom C8 a zosilňovaný operačným zosilňovačom D6.2 so súčasným dodatočným útlmom nefiltrovaných RF komponentov obvodmi R14C11 a R13C9. Korekčný obvod operačného zosilňovača je štandardný pre použitý typ.

Ryža. 33. Schéma zapojenia - časť 2. Prijímací zosilňovač

Indikátor(Obr. 33)

Indikátor je mikroampérmeter s nulou v strede stupnice. Indikátorová časť môže úspešne využívať obvody iných typov detektorov kovov opísaných vyššie. Ako indikátor možno použiť najmä konštrukciu detektora kovov na princípe elektronického frekvenčného merača. V tomto prípade je jeho LC oscilátor nahradený RC oscilátorom a namerané výstupné napätie je privádzané cez odporový delič do obvodu nastavenia frekvencie časovača. Viac o tom si môžete prečítať na webovej stránke Jurija Kolokolova.

Čip D7 stabilizuje unipolárne napájacie napätie. Operačný zosilňovač D4.1 vytvára umelé stredné napájanie, čo umožňuje použitie konvenčných bipolárnych obvodov operačného zosilňovača. Keramické blokovacie kondenzátory C18-C21 sú namontované v tesnej blízkosti puzdier digitálnych mikroobvodov D1, D2, D3, D5.

Typy dielov a dizajn

Typy použitých mikroobvodov sú uvedené v tabuľke. 6.

Tabuľka 6. Typy použitých čipov

Namiesto mikroobvodov série K561 je možné použiť mikroobvody série K1561. Môžete skúsiť použiť niektoré mikroobvody série K176 alebo zahraničné analógy série 40ХХ a 40ХХХ.

Duálne operačné zosilňovače (operačné zosilňovače) série K157 môžu byť nahradené akýmikoľvek všeobecnými operačnými zosilňovačmi podobných parametrov (s príslušnými zmenami v pinout a korekčných obvodoch).

Neexistujú žiadne špeciálne požiadavky na odpory používané v obvode diferenciálneho magnetometra. Len musia mať odolný a miniatúrny dizajn a jednoducho sa inštalujú. Nominálny stratový výkon 0,125...0,25 W.

Potenciometre R5, R16 sú prednostne viacotáčkové pre ľahké presné nastavenie zariadenia. Rukoväť potenciometra R5 musí byť vyrobená z plastu a musí mať dostatočnú dĺžku, aby dotyk ruky operátora pri nastavovaní nespôsobil zmeny na indikátore v dôsledku rušenia.

Kondenzátor C16 - elektrolytický akéhokoľvek malého typu.

Kondenzátory oscilačných obvodov C2* a SZ* pozostávajú z niekoľkých (5-10 ks) kondenzátorov zapojených paralelne. Vyladenie obvodu na rezonanciu sa vykonáva výberom počtu kondenzátorov a ich hodnotenia. Odporúčaný typ kondenzátorov K10-43, K71-7 alebo zahraničné termostabilné analógy. Môžete skúsiť použiť konvenčné keramické alebo kovové filmové kondenzátory, ak však teplota kolíše, budete musieť zariadenie nastavovať častejšie.

Mikroampérmeter - akýkoľvek typ pre prúd 100 μA s nulou v strede stupnice. Vhodné sú mikroampérmetre malých rozmerov, napríklad typ M4247. Môžete použiť takmer akýkoľvek mikroampérmeter a dokonca aj miliampérmeter - s akýmkoľvek limitom stupnice. Aby ste to dosiahli, musíte zodpovedajúcim spôsobom upraviť hodnoty rezistorov R15-R17.

Quartzový rezonátor Q - akýkoľvek drobný hodinkový kremeň (podobné sa používajú aj v prenosných elektronických hrách).

Spínač S1 - akýkoľvek typ, malý.

Cievky snímača sú vyrobené na okrúhlych feritových jadrách s priemerom 8 mm (používané v magnetických anténach rádiových prijímačov v radoch CB a DV) a dĺžkou cca 10 cm. Každé vinutie pozostáva z 200 závitov medeného drôtu vinutia s koncovkou priemer 0,31 mm, rovnomerne a tesne navinutá v dvoch vrstvách v dvojitej lakovo-hodvábnej izolácii. Cez všetky vinutia je pripevnená vrstva sieťovej fólie. Okraje obrazovky sú od seba izolované, aby sa zabránilo vzniku skratového zákrutu. Výstup obrazovky je vyrobený z pocínovaného jednožilového medeného drôtu. V prípade clony z hliníkovej fólie je táto svorka umiestnená na obrazovke po celej dĺžke a pevne obalená elektrickou páskou. V prípade obrazovky z medenej alebo mosadznej fólie je svorka spájkovaná.

Ryža. 34. Dizajn senzor-anténa

Dĺžka rúrky je cca 60 cm Každá z polovíc snímača je umiestnená na konci rúrky a je dodatočne upevnená silikónovým tmelom, ktorý vypĺňa priestor okolo vinutí a ich jadier. Plnenie sa vykonáva cez špeciálne otvory v telese potrubia. Spolu s fluoroplastovými podložkami dáva takýto tmel upevneniu krehkých feritových tyčí potrebnú elasticitu, ktorá zabraňuje ich prasknutiu pri náhodných nárazoch.

Nastavenie zariadenia

1. Uistite sa, že inštalácia je správna.

2. Skontrolujte odber prúdu, ktorý by nemal presiahnuť 100 mA.

3. Skontrolujte správnu činnosť hlavného oscilátora a ostatných prvkov generovania impulzného signálu.

4. Nastavte oscilačný obvod snímača. Vysielanie - pri frekvencii 4 kHz, príjem - pri 8 kHz.

5. Uistite sa, že zosilňovacia cesta a synchrónny detektor fungujú správne.

Práca so zariadením

Postup nastavenia a prevádzky zariadenia je nasledujúci. Vyjdeme na vyhľadávacie miesto, zapneme zariadenie a začneme otáčať senzorovou anténou. Najlepšie je to vo vertikálnej rovine prechádzajúcej severojužným smerom. Ak je snímač zariadenia na tyči, nemôžete ho otáčať, ale hojdať tak ďaleko, ako to tyč umožňuje. Ručička indikátora sa vychýli (efekt kompasu). Pomocou variabilného odporu R5 sa snažíme minimalizovať amplitúdu týchto odchýlok. V tomto prípade sa stredný bod odčítania mikroampérmetra „pohne“ a bude ho tiež potrebné upraviť pomocou iného premenlivého odporu R16, ktorý je určený na nastavenie nuly. Keď je efekt „kompasu“ minimálny, zariadenie sa považuje za vyvážené.

Pri malých objektoch sa spôsob vyhľadávania pomocou diferenciálneho magnetometra nelíši od spôsobu práce s bežným detektorom kovov. V blízkosti objektu sa šípka môže odchýliť akýmkoľvek smerom. Pri veľkých predmetoch sa bude ručička indikátora na veľkej ploche odchyľovať rôznymi smermi.

Čítaj a píš užitočné

Ryža. 29. Magnetizačná krivka

Ryža. 30. Diferenčný feromagnetický snímač

Pohodlie uvažovaného snímača spočíva v tom, že jeho cievky môžu byť zahrnuté do oscilačných obvodov na zvýšenie citlivosti. Prvý a druhý sú v oscilačnom obvode (alebo obvodoch) naladenom na nosnú frekvenciu. Tretí - do oscilačného obvodu naladeného na druhú harmonickú.

Praktický dizajn

Hlavné technické vlastnosti
Napájacie napätie 15... 18 V
Spotreba prúdu nie viac ako 50 mA
Hĺbka detekcie:
pištoľ 2 m
hlaveň 4 m
nádrž 6 m

Štrukturálna schéma

Ryža. 31. Bloková schéma diferenciálneho feromagnetického magnetometra

Bloková schéma je znázornená na obr. 31. Kremeňom stabilizovaný hlavný oscilátor vytvára hodinové impulzy pre kondicionér signálu.

Schematický diagram

Schematický diagram diferenciálneho feromagnetického magnetometra je znázornený na obr. 32 - časť 1; hlavný oscilátor, kondicionér signálu, výkonový zosilňovač a vyžarovacie cievky, Obr. 33 - časť 2: prijímacie cievky, prijímací zosilňovač, synchrónny detektor, indikátor a napájací zdroj.

Ryža. 32. Schéma elektrického zapojenia - I. časť

HLAVNÝ GENERÁTOR (OBR. 32)

Hlavný oscilátor je namontovaný na invertoroch D1.1-D1.3. Frekvencia generátora je stabilizovaná kremenným alebo piezokeramickým rezonátorom Q s rezonančnou frekvenciou 215 Hz = 32 kHz („clock quartz“). Obvod R1C1 zabraňuje vybudeniu generátora pri vyšších harmonických. Obvod OOS je uzavretý cez odpor R2 a obvod PIC je uzavretý cez rezonátor Q. Generátor je jednoduchý, má nízky odber prúdu, spoľahlivo pracuje pri napájacom napätí 3...15 V, neobsahuje ladiace prvky ani príliš vysokoodporové odpory. Výstupná frekvencia generátora je asi 32 kHz.

FORMÁTOR SIGNÁLU (OBR. 32)

VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ (OBR. 32)

Ryža. 33. Schéma elektrického zapojenia - časť II. Prijímací zosilňovač

PRIJÍMACÍ ZOSILŇOVAČ (OBR. 33)

Prijímací zosilňovač zosilňuje rozdielový signál prichádzajúci z prijímacích cievok snímača, ktoré spolu s kondenzátorom SZ tvoria oscilačný obvod naladený na dvojnásobnú frekvenciu 8 kHz. Vďaka ladiacemu rezistoru R5 sú signály z prijímacích cievok odčítané s určitými váhovými koeficientmi, ktoré je možné meniť pohybom posúvača rezistora R5. Tým sa dosiahne kompenzácia neidentických parametrov prijímacích vinutí snímača a minimalizácia jeho "kompasu". Prijímací zosilňovač je dvojstupňový. Je zostavený pomocou operačných zosilňovačov D4.2 a D6.1 s paralelnou napäťovou spätnou väzbou. Kondenzátor C4 znižuje zosilnenie pri vyšších frekvenciách, čím zabraňuje preťaženiu zosilňovacej cesty vysokofrekvenčným rušením z energetických sietí a iných zdrojov. Korekčné obvody operačného zosilňovača sú štandardné.

SYNCHRONÓZNY DETEKTOR (OBR. 33)

INDIKÁTOR (OBR. 33)

Typy dielov a dizajn

Typy použitých mikroobvodov sú uvedené v tabuľke. 6.

Tabuľka 6. Typy použitých čipov

Namiesto mikroobvodov série K561 je možné použiť mikroobvody série K1561. Môžete skúsiť použiť niektoré mikroobvody série K176 alebo zahraničné analógy série 40ХХ a 40ХХХ.

Spínač S1 - akýkoľvek typ, malý.

Ryža. 34. Dizajn senzor-anténa

Konce feritových jadier sú upevnené vo fluoroplastových centrovacích kotúčoch, vďaka čomu je každá z dvoch polovíc snímača držaná vo vnútri plastovej rúrky z textolitu, ktorá slúži ako puzdro, ako je schematicky znázornené na obr. 34. Dĺžka rúrky je cca 60 cm Každá z polovíc snímača je umiestnená na konci rúrky a je dodatočne upevnená silikónovým tmelom, ktorý vypĺňa priestor okolo vinutí a ich jadier. Plnenie sa vykonáva cez špeciálne otvory v telese potrubia. Spolu s fluoroplastovými podložkami dáva takýto tmel upevneniu krehkých feritových tyčí potrebnú elasticitu, ktorá zabraňuje ich prasknutiu pri náhodných nárazoch.

Nastavenie zariadenia

1. Uistite sa, že inštalácia je správna.

2. Skontrolujte odber prúdu, ktorý by nemal presiahnuť 100 mA.

3. Skontrolujte správnu činnosť hlavného oscilátora a ostatných prvkov generovania impulzného signálu.

4. Nastavte oscilačný obvod snímača. Vysielanie - pri frekvencii 4 kHz, príjem - pri 8 kHz.

5. Uistite sa, že zosilňovacia cesta a synchrónny detektor fungujú správne.

Práca so zariadením

Magnetometer je zariadenie, ktoré slúži na skúmanie magnetického poľa Zeme alebo hľadanie skrytých predmetov. Zariadenie je na princípe činnosti trochu ako detektor kovov, ktorý reaguje na kovové povrchy, s tým rozdielom, že je citlivý na prirodzené magnetické pole Zeme, ako aj na veľké nekovové predmety, ktoré majú svoj vlastný zvyškové pole. Prístroj našiel svoje uplatnenie v rôznych odvetviach priemyslu a vedy, keďže umožňuje zaznamenávať prírodné anomálie a tiež urýchľuje vyhľadávanie predmetov.

Prečo sa používa magnetometer?

Magnetometre reagujú na magnetické pole a vyjadrujú jeho silu v rôznych fyzikálnych jednotkách merania. V tomto smere existuje mnoho typov týchto zariadení, pričom každé z nich je prispôsobené na konkrétny účel vyhľadávania. Úpravy týchto zariadení sa používajú v desiatkach odvetví vedy a priemyslu:

Geológia.
archeológia.
Navigácia.
Seizmológia.
Vojenské spravodajstvo.
Geochronológia.

IN geológie Pomocou magnetometra možno nájsť minerály bez potreby skúšobného vŕtania na odber vzoriek. Zariadenie umožňuje zaznamenať žilu bohatú na minerály a rozhodnúť o vhodnosti začatia ťažby v danej oblasti. Pomocou tohto zariadenia môžete tiež určiť, kde sa nachádzajú podzemné zdroje pitnej vody, ako sa nachádzajú a aký je ich objem. Vďaka tomu sa môžete vopred rozhodnúť, kde si vybudujete studňu alebo vrt, aby ste sa dostali k vode bez potreby maximálneho prehĺbenia.

Magnetometre sa používajú v archeológie pri vykopávkach. Umožňujú vám reagovať na základy budov, sochy a iné predmety skryté hlboko pod zemou, ktoré majú zvyškovú magnetizáciu. V prvom rade je to pálená tehla alebo kameň. Zariadenie reaguje na starodávne ohniská a piecky ukryté hlboko pod zemou. Dá sa použiť na vyhľadávanie predmetov v ľade alebo snehu.

Používa sa aj magnetometer navigácia. S jeho pomocou sa určuje magnetické pole Zeme, v dôsledku čoho je možné získať údaje o smere pohybu v prípade dezorientácie. Takéto zariadenia sa používajú v leteckej a námornej doprave. Magnetometre sú potrebné vybavenie na vesmírnych staniciach a raketoplánoch.

IN seizmológia Magnetometre, ktoré reagujú na magnetické pole Zeme, umožňujú predpovedať zemetrasenie, pretože keď sa zmenia charakteristiky tektonických platní, bežné ukazovatele poľa sú narušené. Týmto spôsobom je možné identifikovať čerstvé podzemné trhliny, cez ktoré môže začať erupcia.

IN vojenské spravodajstvo Toto vybavenie umožňuje vyhľadávať vojenské ciele skryté pred konvenčnými radarmi. Pomocou magnetometra môžete identifikovať ponorku ležiacu na dne mora alebo oceánu.

IN geochronológie Vek hornín možno určiť podľa sily zvyškovej magnetizácie. Existujú presnejšie metódy, ale s magnetometrom sa to dá urobiť v priebehu niekoľkých sekúnd, bez potreby nákladnej analýzy.

Typy magnetometrov podľa princípu činnosti

Na základe princípu fungovania sú magnetometre rozdelené do 3 typov:

Magnetostatický.
Indukcia.
Kvantové.

Každá odroda reaguje na vonkajšie magnetické pole pomocou špecifického fyzikálneho princípu. Na základe týchto troch odrôd boli vytvorené rôzne vysoko špecializované typy magnetometrov, ktoré sú presnejšie na merania za určitých podmienok.

Magnetostatický

Napriek vonkajšej zložitosti tohto zariadenia funguje podľa úplne zrozumiteľného fyzikálneho princípu. Vo vnútri magnetometra je malý permanentný magnet, ktorý reaguje na magnetické pole, s ktorým prichádza do kontaktu. Magnet je zavesený na elastickom závese, čo umožňuje jeho otáčanie. Nemá prakticky žiadnu tuhosť, takže ju nedrží a umožňuje jej posúvanie bez odporu. Keď permanentný magnet reaguje s cudzím poľom, ktorého smer alebo sila nie je rovnaká ako jeho, dochádza k reakcii priťahovania alebo odmietania. V dôsledku toho sa zavesený permanentný magnet začne otáčať, čo detekuje citlivý senzor. Týmto spôsobom sa meria sila a smer vonkajšieho magnetického poľa.

Citlivosť magnetostatického zariadenia závisí od referenčného magnetu, ktorý je v ňom nainštalovaný. Elasticita odpruženia ovplyvňuje aj presnosť merania.

Indukcia

Indukčné magnetometre majú vo vnútri cievku s drôteným vinutím z vodivého materiálu. Je napájaný z batériového zdroja. Cievka si vytvára vlastné magnetické pole, ktoré sa začína dostávať do kontaktu s poľami tretích strán prechádzajúcimi jej obvodom. Citlivé senzory reagujú na zmeny, ktoré sa v dôsledku tejto interakcie zobrazujú na cievke. Môžu reagovať na rotáciu alebo vibrácie. V zložitejších zariadeniach reagujú senzory na zmeny magnetickej permeability jadra cievky. Bez ohľadu na to, ako je zmena zaznamenaná, zariadenie zobrazuje indikátory vonkajších magnetických polí a umožňuje určiť polohu objektov, ich veľkosť a vzdialenosť.

Kvantové

Kvantový magnetometer reaguje na magnetický moment elektrónov, ktoré sa pohybujú pod vplyvom vonkajších magnetických polí. Ide o drahé vybavenie, ktoré sa používa na laboratórny výskum, ako aj na komplexné vyhľadávanie. Prístroj zaznamenáva magnetický moment mikročastíc a silu meraného poľa. Toto zariadenie vám umožňuje merať silu slabých polí, vrátane tých, ktoré sa nachádzajú vo vesmíre. Práve toto zariadenie sa používa pri geoexplorácii na vyhľadávanie hlbokých ložísk nerastov.

Rozdiel medzi modelmi

Magnetometer je vysoko technické zariadenie, ktoré sa od iných podobných zariadení môže líšiť nielen fyzikálnym princípom odozvy na zmeny magnetického poľa alebo citlivosti, ale aj inými charakteristikami. Zariadenia sa môžu navzájom líšiť podľa nasledujúcich kritérií:

Dostupnosť displeja.
Počet senzorov.
Prítomnosť zvukového indikátora.
Chyby merania.
Indikačná metóda.
Trvanie nepretržitej prevádzky.
Rozmery a hmotnosť.

Čo sa týka počtu citlivých senzorov, čím viac ich bude, tým presnejšie bude vybavenie. Magnetometer môže zobrazovať svoje merania buď numericky alebo graficky. Je ťažké povedať, čo je lepšie, pretože všetko závisí od charakteristík podmienok, v ktorých sa meranie vykonáva. V určitých prípadoch stačí získať zobrazenie indikátorov magnetického poľa v číslach, pričom niekedy potrebujete skôr vizuálne určenie vektora jeho vírov. Najlepšou možnosťou sú kombinované zariadenia, ktoré umožňujú vizualizáciu indikátorov v digitálnom a grafickom zobrazení.

Zostavte protónový precesný magnetometer, Krasnodar, Beletsky A. I.

Fluxgate (vektorové) magnetometre

Pevné magnetometre